Energia és mobilitás zöld szemszögből

Levegőből szén-dioxidot kivonni egy elemmel?

2019. november 11. • írta: ZöldEnergia

Ahhoz, hogy a klímaváltozás súlyosabb következményeit elkerüljük, drasztikusan vissza kell vágni a jelenlegi szén-dioxid kibocsátást a forrásoknál és akár a szén-dioxid légkörből való kivonásával az ENSZ Intergovernmental Panel on Climate Change álláspontja szerint. Egy most publikált kutatás (Energy Environ. Sci. 2019, DOI: 10.1039/C9EE02412C) szerint jó esélyünk van erre egy új, hatékony és olcsó eljárás segítségével.

A kis térfogatú, akkumulátorra emlékeztető rendszer pl. a kipufogógázokból tudja sikeresen kivonni a szén-dioxidot. Ezenfelül a technológia alacsony CO2 koncentrációk mellett is működik, és további fejlesztéseknek köszönhetően a levegőből is közvetlenül ki tudja vonni majd azt.

Az ipari szintű szén-dioxid kivonási eljárások zöme víz alapú amin-oldatokat használ, amelyek képesek a szén-dioxidot időlegesen megkötni. Ahhoz, hogy a szén-dioxidot aztán kivonják ebből az oldatból az oldal regenerálása során, rengeteg energiára van szükség. A technológia csak viszonylag magas CO2 koncentrációknál működik és csak nagy méretben gazdaságos, ami más folyamatokkal való integrálását nehézzé teszi.

A jelenlegi fejlesztések zöme érthetően arra koncentrál, hogy minél hatékonyabb elnyelő anyagokat találjanak. Egyenlőre még nincs olyan megoldás a láthatáron, amelyet tetszőleges nagyságrendben (kis vagy nagyüzemi méretek között is) alkalmazni lehetne, különböző CO2 koncentrációk mellett is.

Sahag Voskian és T. Alan Hatton a Massachusetts Institute of Technology munkatársai egy olyan elektrokémiai cellát találtak fel, amely képes szén-dioxidot megkötni a vékony és hajlékony elektródái fölött áramló gázokból. A negatív elektródát poliantrakinon és szén nanocsövekből létrehozott kompozit anyaggal vonták be, a pozitív elektródát pedig polivinil-ferrocén és szén nanocsövek keverékével.

A cella töltése közben az elektronok a ferrocén oldalról a quinon oldalra áramlanak a külső áramkörön keresztül. A redukált állapotban a quinon a szén-dioxiddal reagálva karbonát sót hoz létre, ennek segítségével megkötve azt. Az akkumulátor töltésleadáskor ezt a reakciót megfordítva leadja a szén-dioxidot, amit egy vivőgáz kimos a cellából.

Ez a reakció teljesen reverzibilis az amin regenerálásához képest, ami során az amin egy része elpárolog, amikor a szén-dioxid kinyeréséhez fel kell melegíteni azt. A cella működése során az elnyelési és felszabadulási ciklusok során vagy a szén-dioxidot eredetileg tartalmazó, vagy az azt a cellából kimosni szolgáló gázokat vezetnek át rajta felváltva a redukció vagy kisülés során.

A cella nagyon könnyen építhető meg szinte bármilyen méretben. Az autók kipufogógázainak elnyeréséhez szükséges mennyiségtől egy teljes petrokémiai gyár kibocsátásáig könnyen lehet a cellák méretét és mennyiségét növelni. Bár az ipari méretű kísérletek még váratnak magukra, a technológiához nagy reményekkel kecsegtet.

A cellát különböző gázkeverékekkel is tesztelték már, ahol az összetevői között a szén-dioxid mellett vízgőz, nitrogén, oxigén és más szennyezőanyagok is jelen voltak. A cella első prototípusa 6000 és 100000 ppm-es szén-dioxid koncentráció mellett kielégítően működik. A cikk publikálása óta a csoport tovább fejlesztette a cellát, és már akár 500 ppm szén-dioxid mennyiség mellett is működik, ami a jelenlegi légköri szén-dioxid mennyiségéhez nagyon közel áll.

7000 töltési ciklus után a cella elvesztette a szén-dioxid felvevő kapacitásának kb. 30%-t, mivel a polimerek egy része átvándorolt az ellentétes elektróda felületére. Az MIT csoport most azon dolgozik, hogy miként lehet ezt a vándorlást fizikai megoldásokkal megakadályozni.

A folyó kísérletek eddig 10 m²-es elektróda felület nagyságig terjedtek, a prototípusokban nagyjából 1 m²-es elektródákat használtak eddig. Az ipari szintű gyártást hamarosan megkezdik, egy spin-off vállalkozás formájában.

Mivel a technológia elektromos áramot használ fel csak (és annak egy részét visszanyeri a ciklus során), kiválóan lehet ezt a módszert megújuló erőforrásokból kinyert árammal párosítani. Például, megelőlegezve a cella küszöbön álló technológiai fejlődését, könnyen elképzelhető egy a levegőből szén-dioxidot kivonó rendszer, amely pl. tisztán napenergiát használ fel a működéséhez. Egy ilyen rendszerrel ipari méretekben lehet majd a levegőből szén-dioxidot kivonni, ahol a teljes kapacitás csak a cellák és napelemek számának növelésétől függ.

3 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr8215298714

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

midnight coder 2019.11.12. 07:28:53

A 7000 töltési ciklus nem hangzik rosszul, de érdekes lehet Pl. az olyan paraméter is, hogy energiasűrűség, azaz milyen tömegű cella képes eltárolni egy wattóra áramot.

Az is kérdéses, hogy mennyire drága illetve újrafelhasználható a technológia. A ferrocén és a szén nanocső nem tűnik vészesnek, de azt nem találtam meg, mi az a poliantraquinon.

Mindenesetre, az elektromos autózásnak hála talán van némi esélye, hogy nem tűnik el a dolog a süllyesztőben.

ZöldEnergia 2019.11.12. 12:22:22

@midnight coder: "de azt nem találtam meg, mi az a poliantraquinon"
Hát ezt sikerült "félig" lefordítani magyarra: szerintem ez magyarul a poliantrakinon. A posztban már javítottam.

midnightcoder2 2019.11.12. 13:23:44

@ZöldEnergia: Az jó, mert ezek szerint jó eséllyel semmilyen extrém drága/ritka illetve környezetszennyezõ anyag nem kell hozzá. Most már csak az kell, hogy ne járjon úgy, mint az szinte összes ígéretes akksifejlesztés az elmúlt pár évtizedbõl.